W kosmosie szukamy zjawisk egzotycznych, ale i tych nam bliskich

Od czasu pierwszego odkrycia planety obiegającej inną niż Słońce gwiazdę minęło 30 lat. Nic dziwnego, że liczba znanych egzoplanet sięga już kilku tysięcy. Nieco dziwniejsze jest to, że rzadko oglądamy ich zdjęcia – jak dotąd udało się sfotografować tylko ok. 20 obiektów.

Zasłonić, żeby zobaczyć

Czyżby egzoplanety były po prostu za daleko i świeciły za słabo? Niekoniecznie. Niektóre z dzisiejszych teleskopów mają tak potężne zwierciadła, że odnalezienie nawet bardzo słabego błysku światła nie jest dla nich wyzwaniem. Problem pojawia się wtedy, kiedy słabemu światełku towarzyszy potężny blask macierzystej gwiazdy. Wielu sfrustrowanych astronomów porównuje wówczas sytuację do wypatrywania robaczka świętojańskiego, który przycupnął koło zapalonego reflektora samochodowego.

A jednak bezpośrednia obserwacja może nam powiedzieć o dalekiej planecie o wiele więcej niż pośrednie dane o jej istnieniu, jakimi się zazwyczaj zadowalamy. Co robić? Do boju wchodzą koronografy – urządzenia zasłaniające gwiazdę, ale często i to nie wystarcza. Potrzebne jest zmniejszenie olbrzymiego kontrastu między światłem gwiazdy a samą planetą. W tym celu najlepiej przenieść obserwacje do podczerwieni. W niej gwiazdy świecą stosunkowo słabiej, a planety – jaśniej.

W świetle widzialnym gwiazda jest zwykle ok. miliard razy jaśniejsza niż światło odbite od dowolnej krążącej wokół niej egzoplanety. W podczerwieni ten nieprzyjemny kontrast znacząco maleje – wynosi zwykle jeden do kilku-, kilkunastu tysięcy. Dotyczy to zwłaszcza planet młodych, a więc i stosunkowo ciepłych. Nic dziwnego, że to właśnie taką planetę jako pierwszą sfotografował ostatnio w kilku pasmach podczerwieni James Webb Telescope.

Porównać piksele, żeby zrozumieć

HIP 65426 b została odkryta w 2017 w gwiazdozbiorze Centaura. Dzieli ją od nas odległość około 385 lat świetlnych. Jej macierzysta gwiazda jest jeszcze bardzo młoda – nowopowstały układ narodził się ok. 14 mln lat temu. HIP 65426 krąży wokół gwiazdy raczej daleko, bo jakieś 92 razy dalej niż odległość między Ziemią a Słońcem, a więc trzykrotnie dalej od centrum niż nasz Neptun. No, ale mamy też zdjęcie.

Co właściwie na nim widać? Na pierwszy rzut oka to obrazek ze starej gry komputerowej: kilka jaśniejszych i ciemniejszych pikseli w pobliżu zasłoniętego obrazu gwiazdy. Porównanie zdjęć wykonanych w różnych długościach fal podczerwonych pozwoliło jednak astronomom lepiej zrozumieć, ile energii promieniuje atmosfera planety. To z kolei umożliwiło im wykorzystanie modeli ewolucji gwiazd do określenia masy HIP 65426 b, ok. 7 razy większej od Jowisza, a także promienia, który jest półtora raza większy od promienia naszego lokalnego gazowego olbrzyma. Przyszłe badania HIP 65426 b prawdopodobnie pozwolą też ustalić, w jaki sposób planeta powstała i ewoluowała od chwili narodzin. Już to pierwsze zdjęcie pokazuje olbrzymie możliwości Webba, który będzie w stanie bezpośrednio fotografować nawet o wiele mniejsze, zbliżone średnicą do Neptuna globy.

Prześwietlić atmosferę, żeby zrozumieć jeszcze więcej

Oczywiście bezpośrednie fotografowanie egzoplanet nie jest jedyną metodą ich badania przez Webba. Wielkie nadzieje wiążą się z druga techniką – obserwacją prześwietleń planetarnych atmosfer przez światło gwiazdy centralnej. W przypadku HIP 65426 b takich obserwacji nie można było wykonać, jednak Webb ogląda takie prześwietlenia innej, jeszcze masywniejszej planety z gwiazdozbioru Kruka.

Odległa o 69 lat świetlnych od Ziemi VHS 1256b krąży w układzie dwóch brązowych karłów, obiektów nieco mniej masywnych od pełnoprawnych gwiazd. Obserwacje dwudziestokrotnie cięższej od Jowisza planety ujawniły, że w jej atmosferze unoszą się ziarna krzemianów, czyli rodzaju piasku. Takie piaskowe obłoki mogą się tworzyć, gdy temperatury na planecie są wystarczająco wysokie, aby odparować minerały tworzące skały.

Na razie w atmosferach dalekich planet odkrywamy więc związki, których nie obserwujemy, patrząc na planety Układu Słonecznego. Wbrew pozorom w kosmosie chcielibyśmy jednak znaleźć nie tylko zjawiska dziwne i egzotyczne, ale i wyjątkowo nam bliskie. Planetę z atmosferą tlenową. Ślady produkcji metanu. Krótko mówiąc – oznaki, że na dalekim globie mogą się toczyć procesy które na Ziemi zawdzięczamy istotom żywym. Badania Webba dopiero się zaczynają.